學(xué)科融合教學(xué)的四個“交互點”

摘 要：學(xué)科融合教學(xué)并非打破單一學(xué)科課堂教學(xué)形式的完整，而是從多角度、更深層次完善學(xué)生對知識體系的認知，提升分析問題、解決問題的綜合能力，在交錯的融合空間里落實學(xué)科協(xié)同育人。以化學(xué)與物理學(xué)科為例，闡述學(xué)科融合教學(xué)如何在核心素養(yǎng)、知識結(jié)構(gòu)、教學(xué)形式、育人目標上互相滲透、補充、契合、交融。

關(guān)鍵詞：學(xué)科融合教學(xué)；核心素養(yǎng)；知識結(jié)構(gòu)；教學(xué)形式；育人目標

隨著科技的發(fā)展，人類社會所面臨和需要解決的問題將越來越復(fù)雜，這對人才素質(zhì)提出了新的要求——需要有跨學(xué)科的知識廣度和創(chuàng)新能力。在此背景下，教育也應(yīng)順勢而變，以跨學(xué)科或?qū)W科融合教學(xué)，促進學(xué)生拓寬知識視野，實現(xiàn)知識、方法的融會貫通，訓(xùn)練思維的靈活性，提高解決復(fù)雜問題的能力。

學(xué)科融合教學(xué)并非打破單一學(xué)科課堂教學(xué)形式的完整，而是從多角度、更深層次完善學(xué)生對知識體系的認知，提升分析問題、解決問題的綜合能力，在交錯的融合空間里落實學(xué)科協(xié)同育人。在教學(xué)實踐中筆者發(fā)現(xiàn)，學(xué)科融合教學(xué)有核心素養(yǎng)、知識結(jié)構(gòu)、教學(xué)形式、育人目標這樣四個“交互點”。下面，以化學(xué)與物理學(xué)科為例，闡述學(xué)科融合教學(xué)如何在這四點上互相滲透、補充、契合、交融。

一、 核心素養(yǎng)的互相滲透

不同學(xué)科都有其對應(yīng)的核心素養(yǎng)，但最終都指向?qū)W生應(yīng)具備的、能夠適應(yīng)終身發(fā)展和社會發(fā)展需要的必備品格和關(guān)鍵能力。通過核心素養(yǎng)的互相滲透，學(xué)生能夠?qū)W會從多個角度思考問題，綜合運用不同學(xué)科的知識和方法解決復(fù)雜問題，提升綜合素養(yǎng)，培養(yǎng)創(chuàng)新思維。

具體到化學(xué)與物理學(xué)科，二者的學(xué)科核心素養(yǎng)在表述上略有差異：化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)包括化學(xué)觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究與實踐、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任，物理學(xué)科核心素養(yǎng)包括物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任?？梢钥吹?，除了學(xué)科觀念外，這兩門學(xué)科核心素養(yǎng)互相滲透，聯(lián)系緊密，充分展現(xiàn)了化學(xué)與物理都屬于自然科學(xué)領(lǐng)域——領(lǐng)域的一致性是學(xué)科融合教學(xué)重要的基點。

化學(xué)與物理的學(xué)科觀念不同，是二者對自然科學(xué)觀察的視角不同而形成的?；瘜W(xué)視角探索物質(zhì)微觀層面上的組成與結(jié)構(gòu)、性質(zhì)與應(yīng)用，從中提煉并升華出物質(zhì)轉(zhuǎn)化的規(guī)律，以此認識物質(zhì)的變化，為解決實際問題奠定基礎(chǔ)。物理視角探索物質(zhì)宏觀層面上的運動和相互作用，以及能量的轉(zhuǎn)換觀念，從中提煉并升華出物理概念和規(guī)律，為解釋自然現(xiàn)象和解決實際問題奠定基礎(chǔ)。

化學(xué)與物理兩個學(xué)科的科學(xué)思維、科學(xué)探究以及科學(xué)態(tài)度與責(zé)任滲透為一體。作為都是以實驗為基礎(chǔ)的學(xué)科，這兩門學(xué)科的學(xué)習(xí)方式都是基于對實驗的入微觀察、對現(xiàn)象的精準描述、對證據(jù)的細致收集；繼而，提出學(xué)科觀點，形成猜想，運用比較、分析、論證等方法建構(gòu)知識模型，培養(yǎng)思維能力、探究能力和創(chuàng)新能力。最終，實現(xiàn)“架構(gòu)知識理解學(xué)科本質(zhì)關(guān)聯(lián)科學(xué)技術(shù)與社會、環(huán)境之間的關(guān)系樹立民族偉大復(fù)興的使命擔當”的習(xí)得與內(nèi)化過程。

例如，“瓶吞蛋”實驗，化學(xué)學(xué)科的實驗步驟如下：（1） 在抽濾瓶的具支管處套一個裝有20mL、15%的氫氧化鈉溶液的氣球，用止水夾夾緊，備用；（2） 在抽濾瓶中集滿一瓶CO2氣體（約250mL）；（3） 將煮熟的雞蛋剝殼，放置于抽濾瓶瓶口；（4） 打開止水夾，將氫氧化鈉溶液全部擠壓進入抽濾瓶中。實驗現(xiàn)象為：雞蛋被拉長，并緩緩擠過瓶口，最后滑落瓶底。物理學(xué)科的實驗步驟如下：（1） 將空錐形瓶放置在90℃熱水中浸泡1分鐘左右；（2） 將煮熟的雞蛋剝殼，放在錐形瓶瓶口；（3） 將放有雞蛋的錐形瓶，趁熱放在冰水中浸泡。實驗現(xiàn)象為：雞蛋被拉長，并緩緩擠過瓶口，最后滑落瓶底。

又如，“沸騰”實驗，化學(xué)學(xué)科的實驗步驟和現(xiàn)象如下：（1）取用25mm×200mm規(guī)格平口試管，加入0.2g二氧化錳黑色粉末，向試管中倒入20mL質(zhì)量分數(shù)為30%的雙氧水；有氣泡從液體內(nèi)部涌動而出，液體呈翻涌狀態(tài)。（2） 用溫度計監(jiān)測反應(yīng)容器內(nèi)液體的溫度；溫度上升最高為102℃，并持續(xù)一段時間。（3） 將帶火星的木條置于管口；反應(yīng)前期，帶火星的木條能復(fù)燃，反應(yīng)后期，能使燃燒的木條熄滅。（4） 用鑷子沾上無水硫酸銅白色粉末，置于管口；硫酸銅白色粉末變藍。物理學(xué)科的實驗步驟和現(xiàn)象如下：（1） 取用25mm×200mm規(guī)格平口試管，加入20mL水（試管容積約為80mL）。（2） 用酒精燈持續(xù)加熱，用溫度計監(jiān)測反應(yīng)容器內(nèi)液體的溫度；有氣泡從液體內(nèi)部涌動而出，液體呈翻涌狀態(tài)，溫度上升最高為102℃，并持續(xù)一段時間。（3） 用帶火星的木條置于管口，其始終不能復(fù)燃。（4） 用鑷子沾上無水硫酸銅白色粉末，置于管口，硫酸銅白色粉末變藍。

不難看出，不管是化學(xué)實驗，還是物理實驗，其科學(xué)探究過程是一致的：設(shè)計實驗步驟進行實驗探究用準確的語句描述實驗現(xiàn)象從學(xué)科視角提出問題進行證據(jù)推演得出規(guī)律性結(jié)論。

二、 知識結(jié)構(gòu)的互相補充

學(xué)科融合教學(xué)，“融合”的核心在于立足學(xué)科共生的知識點。由此，從不同的學(xué)科視角，獲取知識能力，通過知識的互補促生融合，構(gòu)建起立體的知識脈絡(luò)。

例如，對于“瓶吞蛋”實驗，化學(xué)與物理學(xué)科共生知識點為“瓶內(nèi)氣體壓強小于外界大氣壓，雞蛋被壓入瓶內(nèi)”?；瘜W(xué)與物理各自的學(xué)科視角詳見表1。瓶內(nèi)氣體壓強變小的原因可以是發(fā)生化學(xué)變化使得氣體分子數(shù)目減少，也可以是在氣體分子數(shù)目不變的前提下，微粒熱運動造成分子間間隔變小。同理，推演出瓶內(nèi)壓強變大的原因。

又如，對于“沸騰”實驗，化學(xué)與物理學(xué)科共生知識點為對實驗現(xiàn)象的精準描述，即氣泡從液體內(nèi)部涌動而出，液體呈現(xiàn)翻涌的狀態(tài)?；瘜W(xué)與物理各自的學(xué)科視角詳見表2。氣體從液體內(nèi)部涌動而出，為“沸”。這是物質(zhì)變化的表征。這種表征到底是由化學(xué)變化還是物理變化引發(fā)的呢？追本溯源，要看涌動而出的氣體是原子重新排列得到的新物質(zhì)，還是微粒之間間隔的變化。前者屬于化學(xué)變化，后者屬于物理變化。

三、 教學(xué)形式的互相契合

學(xué)科知識的呈現(xiàn)，依托于教學(xué)的形式。知識的探尋過程即教學(xué)形式在思維層面上的展示。學(xué)科融合教學(xué)的實施，立足科學(xué)思維的高度匹配，運用教學(xué)形式的多邊作戰(zhàn)，進行設(shè)計、組織和引導(dǎo)。教師應(yīng)最大限度地發(fā)揮各種教學(xué)形式在知識呈現(xiàn)上的潛力，促使學(xué)生的學(xué)習(xí)在觀摩、交流、踐行和討論中真正發(fā)生，以此構(gòu)建出更加豐腴的知識體系。

化學(xué)和物理學(xué)科天然的契合點，就是以真實實驗情境為媒介，以觀察實驗、描述現(xiàn)象、積累證據(jù)、推演規(guī)律等實際任務(wù)環(huán)環(huán)相扣，驅(qū)動課堂教學(xué)。這也使得學(xué)科融合教學(xué)過程呈現(xiàn)出連貫性、統(tǒng)一性和完整性。

例如，教學(xué)《常見的堿》一課時，筆者就以“瓶吞蛋”作為串聯(lián)整堂課的主線情境：

首先，以物理“瓶吞蛋”實驗作為課堂教學(xué)的第一板塊，引導(dǎo)學(xué)生回憶物理學(xué)科中關(guān)于微粒熱運動的規(guī)律，得出：溫度降低，瓶內(nèi)氣體分子間間隔變小，體積收縮，氣體壓強減小。以物理規(guī)律為起點，教師接著拋出一個思維擴展問題：“減小瓶內(nèi)氣體壓強，除了縮小氣體分子間間隔，還可以用什么方法？”由此，引發(fā)學(xué)生對化學(xué)學(xué)科知識的思考。

接著，課堂教學(xué)進入第二板塊。用化學(xué)“瓶吞蛋”實驗詮釋“減少瓶內(nèi)氣體分子的數(shù)量，也可以減小瓶內(nèi)氣體壓強”。這一實驗的實質(zhì)就是《義務(wù)教育化學(xué)課程標準（2022年版）》（以下簡稱“化學(xué)課標”）課程內(nèi)容中的二級主題“常見的堿”的核心內(nèi)容。化學(xué)課標對“常見的堿”的內(nèi)容要求是：以氫氧化鈉和氫氧化鈣為例，通過實驗探究認識堿的主要性質(zhì)和用途［1］。

在課堂教學(xué)的第三板塊，沿用化學(xué)“瓶吞蛋”實驗裝置，開展質(zhì)量分數(shù)20%的氫氧化鈉溶液與飽和澄清石灰水的對比探究實驗。通過對比探究實驗得到現(xiàn)象上的差異，一方面，和學(xué)生一起研學(xué)習(xí)得常見堿的共性和差異性；另一方面，將定性實驗轉(zhuǎn)入半定量實驗，闡明瓶內(nèi)氣體分子數(shù)量減少得越多，氣體壓強下降得越明顯。

最后，回觀課堂之初的物理“瓶吞蛋”實驗，給學(xué)生搭建一個獨立創(chuàng)新實驗的平臺，請學(xué)生課后自主設(shè)計實驗，證明微粒熱運動規(guī)律中溫度高低與壓強大小之間的關(guān)系。

四、 育人目標的互相交融

育人始終是教育的終極目標，而目標又直指學(xué)科課程的現(xiàn)實價值。學(xué)科融合教學(xué)，構(gòu)建更立體的知識脈絡(luò)，最終是為了達成構(gòu)筑科技興國的遠大理想。

《變化中看物質(zhì)》專題復(fù)習(xí)課就以“沸騰”實驗作為化學(xué)與物理學(xué)科融合教學(xué)的媒介，達成雙學(xué)科協(xié)同育人的目標。

《說文解字》中對“沸”的解釋是液體翻騰的一種狀態(tài)。而促發(fā)液體翻騰的原因是氣態(tài)物質(zhì)在液體內(nèi)部及表面同時劇烈地涌動而出。物理“沸騰”實驗，從實驗現(xiàn)象中可以歸納并推演出沸騰的定義，即：物質(zhì)達到沸點且物質(zhì)在液體表面及內(nèi)部同時發(fā)生劇烈的汽化現(xiàn)象，且溫度恒定在沸點。化學(xué)“沸騰”實驗，從實驗現(xiàn)象中收集證據(jù)，通過論證獲悉溢出液體的氣體是液體內(nèi)部和表面同時發(fā)生劇烈的化學(xué)反應(yīng)得到的新物質(zhì)，而該物質(zhì)的狀態(tài)在常溫常壓下是氣態(tài)。兩版“沸騰”實驗，實驗現(xiàn)象相似，但發(fā)生的機理卻截然不同。

本課中，化學(xué)“沸騰”實驗選用了質(zhì)量分數(shù)30%的雙氧水。通過仔細觀察、詳細記錄實驗現(xiàn)象，不難發(fā)現(xiàn)在反應(yīng)程度達到峰值的時刻，化學(xué)“沸騰”實驗其實兼容了物理“沸騰”實驗。在現(xiàn)實生活里，化學(xué)變化和物理變化何嘗不是伴生相隨呢！引導(dǎo)學(xué)生建立學(xué)科觀念的“上帝”視角，對培養(yǎng)學(xué)生理解自然現(xiàn)象、提升解決實際問題的能力有重要的現(xiàn)實意義。真實的自然現(xiàn)象從不割裂學(xué)科知識。打通學(xué)科之間的壁壘，對學(xué)生形成科學(xué)本質(zhì)觀、科學(xué)態(tài)度以及社會責(zé)任感有極強的推進作用。

在整合核心素養(yǎng)的基礎(chǔ)上，立足多學(xué)科共生知識，運用契合的教學(xué)形式，更好地達成多學(xué)科協(xié)同育人的目標。教師要讓教育真正發(fā)生在學(xué)生的需求中，指導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建立體的知識脈絡(luò)，激發(fā)創(chuàng)新思維，觀照遠大理想，根植責(zé)任擔當。

參考文獻：

［1］ 中華人民共和國教育部.義務(wù)教育化學(xué)課程標準（2022年版）［S］.北京：北京師范大學(xué)出版社，2022：19.

（張皙鈺，江蘇省蘇州市第三十中學(xué)校。）